一种气动声源驱动的斯特林制冷机制造技术

本发明专利技术公开了一种气动声源驱动的斯特林制冷机，用在有单向气流经过能够提供气动声源的壳体上，该壳体上设有第一开口和第二开口，包括与所述第一开口密封对接的第一支管、与所述第二开口密封对接的第二支管以及依次连接的冷端换热器、回热器和室温端换热器，其中冷端换热器的另一端与第一支管的另一端密封连接，室温端换热器的另一端与第二支管的另一端密封连接。本发明专利技术利用具有一定动能的单向气流流经特定的管路结构时所激发的气动声源驱动斯特林制冷装置运行，与传统的斯特林制冷机及驱动方法相比，该斯特林制冷机无任何运动部件，不需要消耗传统的电能驱动，同时为自然界和工业界广泛存在的流体动能的利用等提供了一种新型可靠的方法。

A Stirling Refrigerator Driven by Pneumatic Sound Source

The invention discloses a Stirling refrigerator driven by a pneumatic sound source, which is used on a shell with one-way air flow passing through which a pneumatic sound source can be provided. The shell is provided with a first opening and a second opening, including the first opening sealing butt, the second opening sealing butt, and the cold end heat exchanger, regenerator and room temperature end exchange connected in turn. The other end of the cold end heat exchanger is sealed with the other end of the first tube, and the other end of the room temperature end heat exchanger is sealed with the other end of the second branch tube. The Stirling refrigeration device is driven by a pneumatic sound source excited by a unidirectional air flow with certain kinetic energy passing through a specific pipeline structure. Compared with the traditional Stirling refrigeration machine and the driving method, the Stirling refrigeration machine has no moving parts, does not need to consume traditional electric energy to drive, and improves the utilization of fluid kinetic energy widely existing in nature and industry. A new reliable method is provided.

【技术实现步骤摘要】
一种气动声源驱动的斯特林制冷机
本专利技术涉及制冷
，尤其涉及一种气动声源驱动的斯特林制冷机。
技术介绍
斯特林制冷机是一种可利用气体周期性的膨胀和压缩来进行功-热转换的装置，广泛地应用在航天军事、气体液化、冰箱制冷等领域，该机械内部气体工质所参与的循环为斯特林循环，其理论效率为卡诺效率。斯特林循环亦可以作为斯特林发动机使用，即将热能转换为功输出。常规的斯特林制冷机的驱动方式主要有两种：一种是由曲柄连杆机构带动活塞进行往复运动驱动，具有大功率、高效率的突出优势，但存在冷端振动、机械结构复杂以及润滑油污染等问题；另一种是自由活塞式，具有振动小、无润滑油等优势，但目前仍存在运行不稳定、成本高、技术不成熟等缺陷。鉴于斯特林循环高效的优势，也逐渐衍生出诸多其它驱动形式的斯特林制冷机或发动机。在微尺度制冷系统中，常采用静电驱动的膜片取代传统的活塞来产生压力波动进而完成斯特林循环，可避免复杂的机械结构以及摩擦损失。值得一提的是，在利用热声效应将热能转化为声场能驱动的行波型热声发动机中，其回热器内部气体热力循环为斯特林循环，因此也被称为无活塞斯特林发动机。由此想到，在一定条件下，由气动声源所激发的声场亦可用于驱动斯特林循环，这也将发展成为一种新型的无运动部件的斯特林制冷机。流体动能在自然界和工业界中广泛存在且储量巨大，例如风能、海洋能、河流能、管道流体能、高速交通工具引起的气流能等。因此，这也逐渐衍生出一种新兴的流体动能利用方式。近年来通过该现象将流体动能转换为声场或固体振动能量并加以转化利用的装置逐渐得到发展，具有代表性的有VIVACE发电装置和Vortex“无叶片”风力发电机等。
技术实现思路
本专利技术提供了一种新型的气动声源驱动的斯特林制冷机及制冷方法，同时实现流体动能的新型利用。一种气动声源驱动的斯特林制冷机，用在有单向气流经过能够提供气动声源的壳体上，该壳体上设有第一开口和第二开口，本专利技术的斯特林制冷机包括与所述第一开口密封对接的第一支管、与所述第二开口密封对接的第二支管以及依次连接的冷端换热器、回热器和室温端换热器，其中冷端换热器的另一端与第一支管的另一端密封连接，室温端换热器的另一端与第二支管的另一端密封连接。本专利技术中，所述“有单向气流经过的壳体”构成了本专利技术的气动声源。所涉及的气动声源通常与空腔中的流激振荡现象有关，主要是指飞行器、船舶、管道等设备中的某些空腔结构内因流体流动而产生的振动噪声现象。通常具有一定动能的单向流体在主管中流动(也可能是掠过某一个壁面)，在经过支管开口(即第一开口或者第二开口)处时，其流体流动边界层将同时受到支管开口的结构突变以及支管内部滞止流体的扰动而发生脱落并卷起形成漩涡，从而引发流体动力振荡；同时，由支管扮演的声学谐振腔内部滞止流体受到漩涡的影响会引起声学谐振，并反过来影响随后的漩涡的产生和运动。整个流激振荡的过程形成了流体动能至声场能量的转化以及反馈。总的来说，在空腔结构中由不稳定边界层脱落形成的漩涡是激发谐振声场的气动声源。也可以将该类气动声源看作力学谐振系统中的“活塞”，空腔内的滞止气体则形成“气体弹簧”，随着“活塞”的形成和运动完成周期性的压缩和膨胀。本专利技术可以用于飞行器、船舶、管道等设备中的某些具有流体单向流动的空腔结构或者管道内，利用流激振荡现象产生谐振声场从而进行制冷。本专利技术的壳体可以是某一装置(比如飞行器、船舶、列车等)上某一凹陷区域的壳体，也可以是某一个管道的管壁，或者也可以是某一特殊面结构。只要存在稳定单向气流的区域、机构或者部件，均可适用于本专利技术的气动声源驱动的斯特林制冷机。作为优选，所述壳体为管道的管壁，所述第一开口和第二开口中心之间的连线与所述管道的中轴线平行。该技术方案中，第一开口和第二开口位于管壁的同一侧。采用该技术方案，当第一开口和第二开口设置多组时，多组第一开口和第二开口可以围绕管道周向设置。作为优选，所述壳体为管道的管壁，所述第一开口和第二开口中心之间的连线经过所述管道的中轴线，并与所述中轴线垂直。该技术方案中，第一开口和第二开口位于管道的同一个截面上，且第一开口和第二开口同轴对正设置。采用该技术方案，当第一开口和第二开口设置多组时，多组第一开口和第二开口可以沿管道轴向设置。作为优选，所述第一支管与第一开口连接的一端为外翻的圆弧过渡开口；第二支管与第二开口连接的一端为外翻的圆弧过渡开口。通过设置圆弧开口，可以更有效的形成漩涡，进一步提高漩涡的能量密度，最终提高气动声源驱动能力。作为优选，所述第一支管与所述冷端换热器连接的一端为扩口设置的变径段；所述第二支管与所述室温端换热器连接的一端为扩口设置的变径段。该技术方案中，变径段的设置，一方面方便了冷端换热器、回热器和室温端换热器的安装，也方便了第一支管和第二支管与冷端换热器和室温端换热器之间的连接。作为优选，所述第一开口和第二开口成组设置，所述壳体上设有多组第一开口和第二开口。选择该技术方案，可以根据实际不同的需要，在不同的位置或者设置多组本专利技术的气动声源驱动的斯特林制冷机。比如，对于流体管道，可以沿管道轴向，设置多组气动声源驱动的斯特林制冷机。当然，也可以沿管道周向设置多组气动声源驱动的斯特林制冷机，多组气动声源驱动的斯特林制冷机可以对称也可以不对称，均可根据实际需要确定。作为优选，所述壳体为管道的管壁，还包括上游整流器，按照管道内气体流向，该上游整流器位于第一开口的上游的管道内。上游整流器的设置，保证管道内流体经过上游整流器后，转变为稳定的单向流动的流体，进一步增加了本专利技术气动声源驱动的斯特林制冷机的稳定性和可控性。作为优选，所述壳体为管道的管壁，还包括下游整流器，按照管道内气体流向，该下游整流器位于第二开口的下游的管道内。下游整流器的设置，保证经过第一开口和第二开口后产生漩涡的流体经过下游整流器的稳定作用，避免本专利技术的气动声源驱动的斯特林制冷机的设置对后续流体稳定流动产生影响。作为优选，所述冷端换热器、回热器和室温端换热器设于一U型谐振管内，该U型谐振管一侧支管形成所述的第一支管，另一侧支管形成所述的第二支管。采用该技术方案，一方面方便了冷端换热器、回热器和室温端换热器的安装，同时保证整个制冷机更加紧凑，安全性更强。本专利技术同时还提供了一种气动声源驱动的斯特林制冷机的制冷方法，利用上述任一技术方案进行制冷。本专利技术提到的“第一”“第二”“第三”等仅仅为区别不同的部件，在没有特别说明的情况下，其对该部件的结构、数量以及与其他部件之间的连接关系没有任何限定作用。根据具体壳体结构不同，流体流速不同，本专利技术可以通过对管道内流体流速(当应用于现有的管道中是，流速一般是固定的)、第一支管长度和管径、第二支管长度和管径等，以及冷端换热器，回热器，室温端换热器规格参数等进行优化设计，以输出最优的制冷量或者目标制冷量。可以采用现有的仿真方法进行多因素的筛选和优化，最终确定合适的设计参数和最佳的制冷量。本专利技术的一种气动声源驱动的斯特林制冷机，它以现有的具有流体通过的壳体作为气动声源发生装置，采用现有的斯特林制冷装置实现冷量的富集。本专利技术也可以单独设置气动声源装置，即此时气动声源装置作为本专利技术制冷机的一部分，此时，所述气动声源驱动的斯特林制冷机包括气动声源发生装置，该气动声源发生装置代替所述壳体，同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气动声源驱动的斯特林制冷机，用在有单向气流经过能够提供气动声源的壳体上，该壳体上设有第一开口和第二开口，其特征在于，包括与所述第一开口密封对接的第一支管、与所述第二开口密封对接的第二支管以及依次连接的冷端换热器、回热器和室温端换热器，其中冷端换热器的另一端与第一支管的另一端密封连接，室温端换热器的另一端与第二支管的另一端密封连接。

【技术特征摘要】
1.一种气动声源驱动的斯特林制冷机，用在有单向气流经过能够提供气动声源的壳体上，该壳体上设有第一开口和第二开口，其特征在于，包括与所述第一开口密封对接的第一支管、与所述第二开口密封对接的第二支管以及依次连接的冷端换热器、回热器和室温端换热器，其中冷端换热器的另一端与第一支管的另一端密封连接，室温端换热器的另一端与第二支管的另一端密封连接。2.根据权利要求1所述的气动声源驱动的斯特林制冷机，其特征在于，所述壳体为管道的管壁。3.根据权利要求2所述的气动声源驱动的斯特林制冷机，其特征在于，所述第一开口和第二开口中心之间的连线与所述管道的中轴线平行；或者所述第一开口和第二开口中心之间的连线经过所述管道的中轴线，并与所述中轴线垂直。4.根据权利要求1所述的气动声源驱动的斯特林制冷机，其特征在于，所述第一支管与第一开口连接的一端为外翻的圆弧过渡开口；第二支管与第二开口连接的一端为外翻的圆弧过渡开口。5.根据权利要求1所述的气动声源驱动的斯特林制冷机，其特征在于，所述第一支管与所述冷端换热器连接的一端为扩口设置的变径段；所述第二支管与所述室温端换热器连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐雅，谢代梁，包福兵，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33